제7장 에너지와 원자력 1. 원자력 에너지 사용현황 2. 원자력과 화학에너지 크기 3. 핵확산과 원자력 발전

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1 제7장 에너지와 원자력 1. 원자력 에너지 사용현황 2. 원자력과 화학에너지 크기 3. 핵확산과 원자력 발전
4. 재처리와 핵사찰 5. 열화우라늄 탄이란?

2 Nuclear Power plant in the Russia

3 1. Sea Brook Case 2. 핵분열에서 생산되는 에너지 : 화학E와 비교 3. 원자로에서 에너지 얻기 4. 원자로 사고, Melt-down 5. 원자로는 얼마나 안전한가? 6. 핵연료와 핵무기 7. 방사능이란? 8. 방사능 재해 9. 핵 폐기물 처리 10. 원자력과 삶: 위험과 혜택 11. 원자력의 미래

4 세계 원자력 발전소 분포

5 세계 원자력 발전 비중

6 우리나라 원자력 발전소 현황 가동 중 : 16기건설 중 : 4기

7 한국의 에너지원별 사용추세

8 우리 나라 에너지부문의 국제 위상 - 에너지소비규모 (1998년) : 세계 10위 (167 백만TOE, 2.0% 차지)
- 석유소비규모 (1998년) : 세계 6위 (2,020 천배럴/일, 2.8% 차지) - 석유정제능력 (1998년) : 세계 6위 (2,315 천배럴/일, 2.9% 차지) - 전력소비규모 (1996년) : 세계 12위 (215 TWh, 1.7% 차지)

9 1. Sea Brook Case: New Hampshire위치
계획 (2기) : 79년 1기, 81년 2기 가동목표 - 추정예산 : 9.7억$ - 74 시민반대 법원제소 (메사츄셋주민 투표) - 76 착공 - 77 대규모 시위: 1400명 연행 - 84 제2기 건설취소 - 86 완공 - 89 시험가동 (목표보다 10년후 절반달성) 건설비 64.5억$ (12배 지출) - 주민(특히 Ma주민 활용) : Good or Bad???

10 Force = Q1xQ2/r x r E = mc2 7-2. 핵분열 에너지: Why so Big?
원자핵 크기: 원자의 1/10,000 핵E크기 : U235 1 Kg : C ~106 Kg Force = Q1xQ2/r x r E = mc2

11 Nuclear means the reaction occurs in the Nucleus of the Atom

12 핵반응과 화학반응 1. 핵반응 (핵자 재배치) 불안정한 핵 ---> 안정한 핵 중간크기핵 (Fe)이 가장 안정
불안정한 핵 ---> 안정한 핵 중간크기핵 (Fe)이 가장 안정 - 큰 핵 > 중간크기 핵으로 핵분열 U > Ba Kr-92 - 작은 핵 > 중간크기 핵으로 핵융합 H H > He (점화온도: 108 C) 2. 화학반응 (전자 재배치) C O > CO2 (점화온도: 103 C)

13 E=mc2 1 amu = 4.2 x kwh = 931 MEV The energy evolved from grams of nuclear fuel is equivalent to that evolved from tons of chemical fuels

14 핵반응 (분열): 큰 핵 : 스스로 붕괴 (Pb가 가장 큰 안정원소) 예) U > --> --> --> --> Pb U > --> --> --> --> Pb Th > --> --> --> --> Pb 큰반감기 : <수초 ~ 수 억년 유도분열 (연쇄반응) U 중성자 --> 붕괴물질 + 중성자 유도분열이 가능한 핵 : U-235 (0.7%자연비) Pu-239

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16 가공 핵연료 100% U (oxides) U-235 4% 사용핵연료 저장(단기)

17 U농축: 1. 다른 물질로부터 정련 2. U-235 농축(핵분열물질) 3ppm

18 거대한 U 농축공장 : 기체확산법 원심 분리법에 의한 U농축

19 열화우라늄탄: 무거운 폭탄(탱크, 방카, 동굴파괴) 폐 U 활용(U-238) 원소의 비중

20 7.4 핵 발전 사고 (체르노빌 원전사고 원인?) _ 발전소 소장 핵 물질 양 = 핵 폭탄 냉각시스템 역할
_ No chain Rxn : 핵폭발 위험은 없음: 핵 폭발이 아님 _ Melt-down문제 냉각시스템 고장 시 과열로 1000C이상 냉각시스템 역할 그림 7-7 : 사고직후 체르노빌 발전소 사진

21 7.5 핵발전소가 핵폭발을 일으킬 수 있는가? No! Why? 핵 연료: 3-5% U-235 Controlled fission
7.5 핵발전소가 핵폭발을 일으킬 수 있는가? No! Why? 핵 연료: 3-5% U-235 Controlled fission 핵 폭탄: >90% U-235 Chain reaction U-235 농축법: 1. 기체 확산법 2. 원심 분리법 Difficult and Costly!!!

22 7.6 핵연료의 핵무기 전환? Pu : 플루토늄 (Pu239) - Pu239도 유도핵분열 (Nagasaki bomb)
U Neutron > Pu239 원자로 내에서 일어남. Pu는 U과 다른 원소이므로 화학적으로 쉽게 분리가능 즉 사용핵연료로부터 쉽게 추출가능 북한 핵사찰 사유 : 연료봉 밀봉

23 7.7 방사능이란? -Ray : He원자핵 -Ray : 전자 -Ray : 전자파

24 Properties of Radiation:
Will not penetrate paper, can not do damage unless digested Can not penetrate 1/4 inch of wood, can cause some skin cancer etc. Will penetrate several feet of concrete of several inches of lead Think of superman’s x-ray vision

25 7-8 방사능의 위해성 Madam Curie : 백혈병으로 사망 방사능 과다노출 방사선 E : Mega eV
X-선 E : Kilo eV 자 외 선 : eV 세포를 무차별 파괴함 특히 분열이 활발한 세포: 암의 방사선 치료요법

26 배경 방사능의 발생원 Natural : 82% Man-made : 18% . 4/5가 자연방사능 . 3/4가 의료치료
자연방사능 예: - C14 자연방사성 원소 인체: 3x 1026 C로 구성 3x 1014 개 C14 - 한숨 : 3.5x 106 개 C14 흡입 . 4/5가 자연방사능 . 3/4가 의료치료 . 핵 발전관련 0.1%

27 7.9 핵 폐기물은 얼마나 오랫동안 남아 있는가? 핵의 소멸(붕괴)속도: 고유함수(가속 불가) 반감기:1/2로 줄어드는 시간
U : 45억년, Th234 : 24일, Po214 : 초: 다양 Pu239 : 24,400년: 같은 원소도 서로 다름 Pu231 : 8.5 분 *다른 주요 방사성원소 I131 : 8일 갑상선 암 유발. (체르노빌 후 요드 비타민 매진 ) Sr90 : 29년 뼈에 농축 (골수암) C14 : 5730년 : 대기권에서 계속 생성 유물의 년대측정에 이용

28 Pu-239

29 7.10 핵 폐기물의 처분? 고 준위 폐기물(사용 후 핵연료): Very Hot??? In Temp and Activity
7.10 핵 폐기물의 처분? 고 준위 폐기물(사용 후 핵연료): Very Hot??? In Temp and Activity 발생량(US): 30,000 ton 52,000 ton by 2005 현재 물속에 넣어 보관 중 (why?) 폐기방법: 1. 재처리 (분리 회수) 2. 영구매립(보관) 현재 어느 나라도 못 실시 미국: 네바다 사막에 설비 중 (3. 개발도상국에 수출?) 장애물 : NIMBY (님비) 현상 Technology: 불확실

30 7.13 원자력의 손익계산? 이익과 손해 Risk and benefit analysis : not simple
7.13 원자력의 손익계산? 이익과 손해 Risk and benefit analysis : not simple -위험노출 : 자의적 결정 : bungee jump 타의적 결정 : side smoking -일상생활 : 결정 -인간의 이중 반응: 1. 무시경향 (불속의 생명체 방관 ) 2. 절대 안돼 (NIMBY)

31 *1982, US burns 616 million tons of coal 801 t U, 1971 t Th 배출
핵 발전과 석탄발전 비교 탄광사망자: 100,000명(US) :현재까지 위험비교: 석탄 핵 작업자 ~ 0.6 일반인 ~ 돌발사고 1000만KW발전소 1 년간 운영시 사망자수 *석탄발전이 더 방사능물질을 많이 배출! *1982, US burns 616 million tons of coal 801 t U, 1971 t Th 배출 *다른 요인: 정서적 요소 (Mystery, 오해, 버섯구름 체르노빌, Three Mile Island 사고로 촉발

32 7.14 핵 (분열) 발전의 미래 Do we have a choice? - 1991, US 핵 발전 건설 추진 제안 (Bush): 지구온난화 대처 방안으로 - 핵 전문가: 21세기 에너지 위기 발생 예견 Major Blackout 발생 - 정치적으로 추진이 현재로선 어려움: 대중이 받아 들이지 않는 현재로선. 선택의 여지는 있는가? 핵 발전 : 지구온난화, 산성비(대기오염) 대안? 핵발전소 1기: U-235 2t을 1.5년 사용 석탄발전 : 매일 10,000t 석탄 소모 SOx 300 t, NOx 100t 배출

33 -핵에너지 개발 : 1960초 까지 활발 -1980년대부터 쇠퇴 원인: 1. 에너지 수요정체(석유파동으로) 2. 핵 안전사고(체르노빌, Three Mile Island)

34 핵 에너지의 장래? 대중(People)과 정치에 달려 있음 또 다른 장애물: 폐기물 처리? 아직까지 미해결
선결요소: 과학기술 진보와 대중의 신뢰회복 핵 에너지의 장래? 대중(People)과 정치에 달려 있음 “Reason, not emotionalism, must govern our action!” Assay: 핵 에너지 확대에 대하여 찬.반 입장을 밝히라.